Как работает шестеренный насос: объяснение положительного вытесняющего потока и давления

Спросите любого в нашем цехе, что заставляет гидравлическую систему двигаться, и большинство людей укажут на цилиндр. Это справедливо, потому что именно в цилиндре происходит видимая работа. Но цилиндр — это всего лишь приемник. Масло в него должно что-то заталкивать, и на огромном количестве машин, от тракторных погрузчиков до небольших прессов, этим чем-то является шестеренный насос. Мы производим гидравлические цилиндры с 1988 года и столько же времени тратим на то, чтобы выслушивать отзывы клиентов о насосах, установленных перед ними. Вот как работает шестеренный насос, простым языком.

Сначала краткий ответ

Шестеренчатый насос представляет собой насос объемного типа. Две зацепляющиеся шестерни улавливают фиксированный объем масла в промежутках между зубьями и корпусом, переносят это масло внутрь корпуса и выдавливают его со стороны нагнетания. Поскольку объем, перемещаемый за один оборот, по существу фиксирован, расход зависит от скорости, а не от давления. Этот факт объясняет большую часть сильных сторон насоса и почти все его ограничения.

Что находится внутри корпуса

Разберите шестеренный насос, и вы обнаружите удивительно короткий список деталей. Именно простота является причиной того, что эти насосы выдерживают десятилетия эксплуатации в грязном, горячем и вибрирующем оборудовании.

• Приводная шестерня: закреплены шпонками или шлицами на входном валу и вращаются двигателем, мотором или механизмом отбора мощности.
• Промежуточная шестерня: приводится в движение первой передачей и свободно вращается на собственном подшипнике.
• Корпус или корпус насоса: отверстие, окружающее обе шестерни и образующее уплотнительную поверхность на кончиках зубьев.
• Передняя и задняя крышки: закрыть корпус и часто переносить подшипники или втулки.
• Подшипники или втулки: поддерживают валы шестерен и поглощают боковую нагрузку, создаваемую давлением.
• Уплотнения: Уплотнение вала удерживает масло и грязь, а уплотнительные кольца герметизируют крышки и портовые соединения. Многие агрегаты также оснащены встроенным предохранительным клапаном.

Как работает шестеренный насос, пошагово

Проследите один карман нефти за один оборот, и весь цикл станет легко представить.

1. Впускной порт соединен с резервуаром или заправочной линией, поэтому масло доступно на лицевой стороне насоса.
2. Шестерни вращаются. На входной стороне зубья не зацепляются, поэтому пространство между ними открывается и давление там падает ниже атмосферного. Масло выталкивается под давлением в баке.
3. Затем каждое пространство между зубьями закрывается между зубьями шестерни и стенкой корпуса, поэтому масло задерживается и не может соскользнуть обратно к впускному отверстию.
4. Захваченное масло перемещается по внешней стороне зубчатой ​​пары, как ведро на колесе.
5. На выпускной стороне зубья снова сцепляются. Зазор между ними закрывается, захваченный объем сокращается, и нефти некуда идти, кроме как через порт доставки.
6. Цикл повторяется непрерывно, поэтому доставка происходит плавно и почти без импульсов при нормальной скорости. Если выпускное отверстие заблокировано, предохранительный клапан открывается и направляет масло обратно в бак вместо того, чтобы прорвать уплотнение.

Внешний и внутренний дизайн

Большинство промышленных и мобильных шестеренных насосов являются внешними, то есть обе шестерни расположены рядом и зацепляются в одной точке между собой. Насосы с внутренними шестернями помещают меньшую шестерню внутрь большей коронной шестерни с наполнителем в форме полумесяца, разделяющим их. Внутренняя компоновка тише и более изящно справляется с густыми жидкостями, тогда как внешняя компоновка дешевле, проще в обслуживании и доступна практически в любом месте.

В обоих случаях принцип работы один и тот же: лови, переноси, сжимай. Меняется только геометрия.

Смещение, расход и влияние давления

У каждого насоса есть показатель производительности — объем, который он перемещает за один оборот. Расход — это грубое смещение, умноженное на скорость вала, с поправкой на потери. Насос с производительностью 20 кубических сантиметров за оборот, вращающийся со скоростью 1500 об/мин, в теории перекачивает около 30 литров в минуту, а на практике немного меньше.

Разрыв между теорией и реальностью называется проскальзыванием: масло под давлением выдавливается обратно за кончики зубьев, поверхности шестерен и подшипники. Скольжение увеличивается с давлением, износом и горячим, жидким маслом. Вот почему уставший насос по-прежнему работает тихо, но подает заметно меньший расход, и почему холодный запуск с тяжелым маслом может на короткое время поднять давление намного выше нормального рабочего уровня.

Где располагаются шестеренные насосы в реальных гидравлических контурах

На строительной технике шестеренчатый насос, приводимый в движение двигателем, питает регулирующие клапаны, которые управляют контурами стрелы, ковша и хода такой машины, как экскаватор.

Гидравлические цилиндры экскаватора для работы стрелы, рукояти и ковша Предназначен для схем стрелы, рукояти и ковша экскаваторов, работающих в тяжелых условиях, с амортизацией, уплотнением и настраиваемым креплением для машин грузоподъемностью 1,5–700 т. Посмотреть продукт →

На ферме по тому же принципу работают стрелы погрузчика, рулевое управление и подъем сцепного устройства, часто через простые тандемные насосные цилиндры, которые работают в условиях пыли и перепадов температуры в течение всего сезона.

Сельскохозяйственные гидроцилиндры для навесного и сельскохозяйственного оборудования Создан для сеялок, культиваторов, пресс-подборщиков и опрыскивателей, с комбинированным уплотнением, встроенными опциями клапана и настраиваемым OEM-креплением. Посмотреть продукт →

Уплотнение отходов — еще одна классическая задача: насос создает давление, клапан смещается, а плунжер плавно перемещается при большой нагрузке, прежде чем предохранительный клапан вступит в силу.

Гидравлические цилиндры мусоровоза для мусороперерабатывающего оборудования Приводит в действие функции уплотнения, выталкивания и подъема мусоровозов грузоподъемностью 3–12 т, с плавающими буферами, вариантами уплотнения и индивидуальными конфигурациями монтажа. Посмотреть продукт →

В большинстве этих контуров масло попадает в гидроцилиндр двойного действия , именно здесь устойчивая подача насоса превращается в силу и движение.

Ограничения, которые стоит соблюдать

Шестеренчатый насос терпим, но не нерушим. Обычные пути отказа предсказуемы.

• Давление: превышение номинального постоянного давления приводит к ускорению проскальзывания, нагреванию и износу подшипников.
• Загрязнение: твердые частицы забивают поверхности шестерни и отверстие, и скольжение постоянно увеличивается.
• Аэрация: Воздух, движущийся с маслом, вызывает шум, эрозию и неустойчивое движение цилиндра.
• Кавитация: засоренная или негерметичная впускная линия приводит к истощению насоса и повреждению впускной стороны.
• Вязкость: слишком густой, и насос не может заполниться; слишком тонкий и проскальзывает, и возникают внутренние утечки.

Поддержание работоспособности насоса и контура

Большинство проблем с шестеренчатым насосом, о которых мы слышим, возникают где-то кроме насоса. Некоторые привычки имеют большое значение.

• Поддерживайте вязкость пластового масла в пределах диапазона вязкости, на который рассчитан насос, и своевременно меняйте его.
• Проверьте впускной фильтр и всасывающий шланг на наличие трещин, ослабленных хомутов и разрушений стенок.
• Следите за сливным отверстием уплотнения вала; постоянная капля означает, что уплотнение неисправно, а не то, что насос изношен.
• Подтвердите настройку предохранительного клапана с помощью манометра, а не на ощупь.
• Никогда не запускайте насос всухую, даже на короткое время, и никогда не запускайте холодную машину на полную мощность.

Износ обычно проявляется и на выходе, поэтому осмотрите стержень и комплекты уплотнений цилиндров при обслуживании насосной стороны контура; перегретое или загрязненное масло редко оставляет цилиндр нетронутым.

Согласование насоса с цилиндром

Шестеренчатый насос представляет собой устройство с фиксированным рабочим объемом, поэтому скорость контура обычно контролируется клапанами или частотой вращения двигателя. Это имеет значение, когда вы указываете цилиндр: диаметр отверстия и диаметр штока определяют, какую силу вы получите при данном давлении, а ход и монтаж определяют, как будет использоваться поток насоса. Правильно подберите пару, и небольшой насос будет без проблем перемещать большой груз в течение всего дня.

Если вы подбираете цилиндр для существующей схемы шестеренного насоса или заменяете изношенный узел на оборудовании, которое находится в эксплуатации уже много лет, пришлите нам рабочее давление, необходимое усилие и сведения о монтаже. Мы сопоставляем цилиндры с реальными машинами с 1988 года и всегда рады обсудить цифры, прежде чем что-либо поступит в производство.